某天然氣處理廠膨脹壓縮機無法啟動故障原因分析與處理

葉仕生 殷珠輝 齊新海 韓 橋 徐國輝

（中海石油（中國）有限公司深圳分公司，廣東深圳 518000）

0 引言

膨脹壓縮機的主結構示意圖如圖1所示，兩個葉輪背靠背安裝，分別為膨脹端和壓縮端。

圖1 膨脹壓縮機的主結構示意圖

高壓天然氣進入膨脹端，在膨脹過程中對葉輪做功的同時降低自身溫度，獲得更多分離液態(tài)產(chǎn)品的冷量，之后再進入壓縮端進行加壓，循環(huán)利用，達到降低能耗的目的[1]。機組正常轉(zhuǎn)速達25 000 r/min。

1 膨脹壓縮機故障背景

該天然氣處理廠出現(xiàn)故障的膨脹壓縮機是加拿大PROPAK公司的FRAME 2.5型壓縮機。此機組正常工作時，維持滑油罐內(nèi)外壓差（DPT-X40，設定值1 030 kPa）維持在1 030 kPa，壓力調(diào)節(jié)閥PV的調(diào)節(jié)開度大部分時間維持在30%～70%[2]。但在某次正常切換機組的過程中，在測試過程中出現(xiàn)了滑油壓差無法穩(wěn)定在1 030 kPa，不滿足啟機條件，導致無法啟機的情況。為此，對此故障展開了逐一排查。

2 故障分析排查

2.1 滑油系統(tǒng)排查

本次故障是滑油罐內(nèi)壓差無法維持，直接體現(xiàn)在壓縮機的滑油系統(tǒng)，因此優(yōu)先對滑油系統(tǒng)進行排查，F(xiàn)RAME 2.5型壓縮機的滑油系統(tǒng)簡圖如圖2所示。

圖2 膨脹壓縮機滑油系統(tǒng)簡圖

針對滑油壓差無法穩(wěn)定的情況，對滑油系統(tǒng)部件進行了逐一排查，主要排查內(nèi)容如下。

2.1.1 滑油液位偏低或管線發(fā)生泄漏

經(jīng)過現(xiàn)場排查，未發(fā)現(xiàn)有泄漏現(xiàn)象，液位也在正常高度，并且通過添加滑油（208 L）排除了虛假液位的可能性。

2.1.2 滑油泵入口Y濾臟堵、單向閥卡滯、截止閥閥芯損壞情況

（1）拆出Y型濾器，發(fā)現(xiàn)濾芯比較干凈，無臟堵現(xiàn)象；

（2）拆出單向閥進行檢查，狀態(tài)良好；

（3）拆檢截止閥閥芯，狀態(tài)良好。

2.1.3 滑油泵損壞或其出口PSV關不嚴

（1）更換新的滑油泵測試，故障依然存在；

（2）拆除PSV并加盲板，啟動滑油泵進行測試，故障依然存在。

2.2 密封氣供給壓力過大或不穩(wěn)

現(xiàn)場持續(xù)關注密封氣流量和壓力，每次測試時，二者都比較穩(wěn)定。

2.3 儀控系統(tǒng)故障

2.3.1 下游滑油回流流量調(diào)節(jié)閥故障

首先，對調(diào)節(jié)閥進行標定，狀態(tài)正常；其次，隔離此調(diào)節(jié)閥，利用該閥的旁通截止閥進行調(diào)節(jié)，故障依然存在。

2.3.2 壓力表、變送器等損壞

更換有問題的壓力表，標定變送器，故障依然存在。

2.4 膨脹機轉(zhuǎn)子故障

膨脹機內(nèi)部滑油流道、迷宮密封、軸承及其他密封件損壞、失效，造成滑油壓差不穩(wěn)，需更換膨脹機轉(zhuǎn)子[3]，檢查內(nèi)部零部件是否發(fā)生損壞。

由于關于膨脹機附屬設備已基本排查完畢，因此可基本判斷本次故障是由膨脹機轉(zhuǎn)子故障引起的，現(xiàn)場隨即開展更換膨脹機轉(zhuǎn)子的工作。

3 膨脹壓縮機轉(zhuǎn)子更換作業(yè)技術難點

（1）轉(zhuǎn)速高。

膨脹壓縮機轉(zhuǎn)速正常運行時為25 000 r/min，最高設計轉(zhuǎn)速達31 000 r/min，比SOLAR主機的轉(zhuǎn)速還高出1倍多。檢修過程稍有不慎，極易造成轉(zhuǎn)子損壞的事故。

（2）設備精密。

雖然膨脹壓縮機轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速達到25 000 r/min，但是正常運行時其振動值只在5.1～10.2 μm（0.20～0.40 mil），振動報警值為22.9 μm（0.90 mils）（1 mil=1/1 000 in）。

（3）尺寸精度高。

正是由于機組轉(zhuǎn)速高、設備精密，因此其安裝尺寸精度要求極高，比如轉(zhuǎn)子竄量要求在203.2～355.6 μm（0.008～0.014 in）范圍內(nèi)，葉輪與導流器之間的間隙應嚴格控制在330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in），否則會發(fā)生轉(zhuǎn)子磨損，甚至轉(zhuǎn)子破裂、損壞機組的事故。

4 轉(zhuǎn)子更換作業(yè)

4.1 隔離

現(xiàn)場施工作業(yè)前，對膨脹壓縮機A機進行能量隔離，包括工藝隔離、電氣隔離。電氣隔離后需要再次驗電確認，工藝隔離后需要泄壓排空。

4.2 拆除機組附件

（1）拆除振動探頭、溫度探頭和轉(zhuǎn)速探頭的接線，拆除平衡閥、壓縮端排液管線。

（2）拆除壓縮端出口管線、進口管線及其短節(jié)，并裝上盲板；拆下來的管線用吊車移到地面。

4.3 拆除轉(zhuǎn)子總成

（1）拆除壓縮端葉輪擴散（導流）器，移開壓縮端蝸殼。

先拆除內(nèi)部儀表管，然后拆除擴散器鎖緊螺栓，在原螺栓孔位置插入兩根固定螺桿，取出擴散器，并做好標記、做好保護；拆除壓縮端蝸殼鎖緊螺栓，將蝸殼平移至支撐臺邊緣（在壓縮端方向搭個腳手架支撐點作為導鏈掛點，將蝸殼移出）。

（2）測量葉輪軸向竄量，并對轉(zhuǎn)子進行拆卸、吊裝。

驗證拆卸前轉(zhuǎn)子竄量是否在合適范圍，設備資料要求軸向竄量為203.2～355.6 μm（0.008～0.014 in）[本次實測原轉(zhuǎn)子竄量為635.0 μm（0.025 in），已超標]。拆除轉(zhuǎn)子鎖緊螺栓，緩慢移出轉(zhuǎn)子，移動角度不能太大，否則容易損壞膨脹端葉輪；在吊裝前，先將葉輪固定并保護好。

4.4 回裝轉(zhuǎn)子

（1）檢查內(nèi)部膨脹端葉輪出口錐形導流管狀態(tài)，無異常。

（2）校準噴嘴開度，檢查新轉(zhuǎn)子竄量。

使用塞尺測量噴嘴（執(zhí)行器正下方）最小開度進行測量，廠家推薦標準值為76.2～127.0 μm（0.003～0.005 in）[本次實測值為127.0 μm（0.005 in），在推薦范圍內(nèi)]，廠家推薦噴嘴最大開度標準值為23 114.0 μm（0.91 in）[本次實測值為23 063.2 μm（0.908 in）]。轉(zhuǎn)子竄量檢查，其中設備資料要求軸向竄量為203.2～355.6 μm（0.008～0.014 in）[本次實測為254.0 μm（0.010 in），在標準范圍內(nèi)]。測量方式如圖3所示。

圖3 噴嘴最小開度測量（左）及轉(zhuǎn)子竄量測量（右）

（3）膨脹端葉輪間隙調(diào)整。

安裝新轉(zhuǎn)子，通過墊片調(diào)節(jié)，采用壓鉛絲的測量方法，把膨脹端葉輪間隙控制在330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in）。廠家推薦的膨脹端葉輪間隙控制在330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in），但是考慮到轉(zhuǎn)子竄量的影響，在測量時已將轉(zhuǎn)子向壓縮端移動，所以實測時需將轉(zhuǎn)子竄量254.0 μm（0.010 in）加入，即其標準值應為584.2～685.8 μm（0.023～0.027 in）[本次實測值為584.2 μm（0.023 in），在標準值范圍內(nèi)]。

主要注意事項：壓鉛絲需要120°均勻分布在長導流片上，每個導流片均勻貼3個鉛絲，鉛絲布局方式與測量方法如圖4所示。

圖4 鉛絲布局方式（左）與測量方法（右）

（4）安裝固定壓縮端蝸殼，注意與葉輪的同軸度。

注意事項：安裝蝸殼時注意保護轉(zhuǎn)子，防止磕碰。先將壓縮端蝸殼回裝，上緊螺母后，在蝸殼地腳處加上墊片。

（5）壓縮端葉輪間隙調(diào)整。

回裝壓縮端蝸殼后，用同樣的方法在葉輪上布上鉛絲，然后安裝擴散（導流）器，上緊（扭矩為20.3 N·m）螺栓后再將其拆開，測量鉛絲數(shù)值，如果數(shù)值不對，通過墊片予以調(diào)整。廠家推薦范圍330.2～431.8 μm（0.013～0.017 in），同樣考慮竄量的影響，其值應為584.2～685.8 μm（0.023～0.027 in）[本次實測值為635.0 μm（0.025 in），在標準值范圍內(nèi)]。

（6）安裝壓縮端入口短節(jié)及其濾器，安裝出口彎管以及進出口管線及機組附件。

5 啟機測試

5.1 滑油泵測試

（1）充壓正常后，啟動滑油泵A，將控制潤滑油進出膨脹機差壓穩(wěn)定在1 030 kPa。滑油差壓調(diào)節(jié)閥開度在30%左右。

（2）滑油A泵測試正常后，再啟動滑油B泵，將控制潤滑油進出膨脹機差壓穩(wěn)定在1 030 kPa。滑油差壓調(diào)節(jié)閥開度在30%左右。

（3）觀察膨脹機進口蝸殼的壓力。在大于0.5 MPa（G）后打開殼體排氣閥，檢查有無液體排出，如果有則將液體排盡后關閉閥門。

（4）膨脹機增壓機旁通閥、增壓端入口閥應處于全開狀態(tài)。打開膨脹機、增壓機端進出口管道手動截止閥。

5.2 膨脹壓縮機啟機測試

在所有報警聯(lián)鎖解除后，按下PLC柜的膨脹機啟動按鈕。將噴嘴開度調(diào)整為5%～10%。打開膨脹機進出口閥，打開膨脹機進口緊急切斷閥，仔細觀察主機啟動情況和轉(zhuǎn)速，逐漸開大噴嘴使轉(zhuǎn)速達到15 000 r/min，觀察各儀表10～30 min判斷運轉(zhuǎn)是否正常（若有異常即關閉膨脹機進出口閥，待排除故障后再重新啟動），然后緩慢升速到設計值，保持3 h，一切正常后再逐漸關閉壓縮機及膨脹機的旁通閥，并適當調(diào)整噴嘴開度，以維持適當?shù)倪M口壓力及轉(zhuǎn)速。

5.3 主要運行數(shù)據(jù)

膨脹壓縮機穩(wěn)定運行后，將其主要參數(shù)與檢修前進行了對比，對比結果如表1所示。

表1 膨脹壓縮機檢修前后主要參數(shù)對比

由表1可以看出，經(jīng)過本次膨脹機轉(zhuǎn)子更換作業(yè)，不僅膨脹機無法啟動故障得以排查，而且轉(zhuǎn)子的振動情況也得到明顯改善，尤其是壓縮端軸承振動由16.5 μm（0.65 mil）下降至8.9 μm（0.35 mil），說明本次膨脹機故障檢修作業(yè)效果良好。

6 結語

本次膨脹機轉(zhuǎn)子更換，是橫琴終端繼SOLAR壓縮機解體檢修作業(yè)后又一次依靠自身技術力量完成的關鍵機組檢修作業(yè)。本次大修后，測試膨脹機各項參數(shù)正常，無法啟動故障得到解決，振動明顯降低，說明檢修效果良好，提升了制冷系統(tǒng)穩(wěn)定性，有助于提升液態(tài)產(chǎn)品回收率，檢驗了橫琴終端近年來

維修人員隊伍建設的水平，保障了終端安全生產(chǎn)。